行业要闻

 

摘  要：介绍了地铁车辆牵引计算的特点，论述了我国当前有关牵引计算软件所存在的主要问题，根据多质点应用分析模型，开发了基于城市轨道交通的牵引计算软件。

关键词：城市轨道交通；牵引计算；软件

 

      在城市轨道交通建设中，为充分发挥车辆的牵引能力与优化使用车辆，合理编制运行图，合理安排牵引供电系统的布局和容量，并为提高运行品质 、节约能源等提供理论依据，有必要依据运行的基本要求以及线路的实际勘测情况，对列车的牵引计算进行模拟并分析其结果。 目前国内基于地铁的牵引计算软件比较少，笔者对此进行了初步研究探讨。

 

      地铁车辆的运行原理与铁路机车和车辆基本相同，其牵引计算的理论基础是一致的。 但地铁车辆与铁路机车车辆相比有其特殊性和复杂性。 其特点为：

      1）地铁列车是以动车组的形式编组，编组形式有全动车编组及动车和拖车混合编组。 其中，动车又分为有司机室的动车和无司机室的动车；拖车又分为有司机室的拖车和无司机室的拖车。 无司机室的动车和无司机室的拖车又由于车下悬挂设备不同而质量不同。 因此，在计算牵引动力和牵引质量时，要考虑地铁列车的编组形式。

      2）地铁车辆的制动有多种方式 ：空气制动 、电制动、空电配合制动^[1]。空气制动中的基础制动装置分为单侧闸瓦制动装置、双侧闸瓦制动装置、单元闸瓦制动装置。空气制动分为好几个级位，使用不同品牌的制动机就有不同的级位。电制动分为电阻制动和再生制动。 空电配合制动是根据制动指令优先电制动，制动力不足部分由空气制动补足。因此，在计算制动力时，要考虑地铁车辆所使用的制动方式、制动机级位、基础制动装置等。

      3）地铁车辆牵引电机不同，采用的牵引控制技术也不同，直流电机采用凸轮控制、直流斩波调压控制，交流电机采用调压调频控制。 因此，在计算能耗和电机发热时，要考虑不同的电机形式。

 

      当前已经开发的一些比较成熟的牵引计算与运行模拟软件，大多是基于大铁路系统^[2，3]，针对城市轨道交通的牵引计算系统一般是国外的专用型软件，项目结束以后，软件的生命周期也就结束了。城市轨道交通与大铁路在诸多方面有很大不同，主要表现在：紧急制动距离很短；区间长度比较短，类似公共汽车的站间距，在运行中存在频繁的启动和制动过程；线路条件苛刻，曲线半径有时甚至小于 250 m，坡度有时很大，甚至超过4 %；操纵要求非常严格，启动和制动过程要求快速、平稳，停站要求非常准确，舒适度要求较高等。大铁路系统软件很难适应城市轨道交通的牵引计算。

 

      城市轨道交通的牵引计算系统是在前人牵引计算理论的基础上，根据多质点应用分析模型，开发出基于同一限制速度的线路数据的不同编组方式的牵引计算以及结果绘图等分析功能，提高了牵引计算的定量分析能力。

      牵引计算软件包括3 个主要模块，即基础数据文件模块、牵引计算模块以及计算结果数据处理模块，并将三者集成为一个工作平台。在此平台下，用户可完成列车牵引计算所涉及的全部工作。

      在数据文件模块中，完成列车运行线路数据文件、动车计算参数和特性数据文件、车辆计算参数和特性数据文件的准备。

      牵引计算模块可以完成新《列车牵引计算规程》中规定的各项计算工作。

      列车进站停车问题的解算是模拟司机操纵机车运行的核心，主要关键点：为保证列车正好达到终点站中心时停车，需先确定进站停车的制动开始点。

      计算结果的输出同时采用表格和线图两种形式。线图形式形象直观，易于用户直接模拟司机对列车的操纵，更受欢迎，而表格数据准确，易于核对检查。

 

      作为一个子模块系统还应该具有一定的独立性。主要功能设计如下：

      1）自动绘制结果曲线功能。 通过设计原始线路数据得到的结果数据自动绘制结果曲线，为后继分析提供相关数据。

      2）自动进行牵引计算功能 。 在这项功能中用户可以根据需要输入不同的编组方式，得到不同的计算结果。

      3）保存结果数据功能。 在这项功能中，系统可以将计算结果以excel 表格形式进行保存。

 

      系统的开发按照以下步骤进行：

      1）建立系统的工作环境。 以 Microsoft Visual Basic6.0 为程序设计工具。

      2）数据准备。 任何一个具有牵引计算功能的系统，都离不开线路数据。 对于本系统来说，由于时间的原因，系统没有设计好完善的与牵引计算系统的接口程序，因此，线路数据采用他人的数据实现。在本系统中，将其分别保存在Access 数据库和数组中，各种实体的属性数据均以实体名称简略表示，在显示分析结果时，从数组中提取。

      3）完成系统牵引计算功能。 作为相对独立的子系统，获取的原始数据只有线路坡段起始点里程，线路曲线起始点里程、车站数据，因此，必须通过牵引计算获得线路各个主点的坐标、里程、速度、能耗，才能得到整个线路的数据信息，为以后的结果数据分析提供数据基础。

      4）自动绘制计算结果曲线。 计算结果图是后面数据分析的视图基础，所以要根据上面得到的整个线路的数据信息编制程序，实现自动绘制线路结果图。

      5）系统的综合测试。 这个阶段的关键任务是通过各种类型的测试使软件达到预定的设计目标。如果测试没有达到预定目标，就要继续修改设计，直到目标完全实现。

      6）系统维护与升级。 任何一个软件开发都是一个逐步完善的过程，是通过对系统的维护来完成的。

 

      本软件结合某市轨道交通实际情况，通过对比和分析各种估算结果，提出了在该测试线路上的合理编组，并证明了软件的适用性。 其部分运行结果如下所示：

      1）牵引特性曲线和制动特性曲线对话框（见图 1）。

2）编组方式选择对话框（见图 2）。

3）结果曲线对话框（见图 3）。

4）数据报表对话框（见图 4）。